package com.atguigu.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;

public class Graph {
    public static void main(String[] args) {
        Graph graph = test1();
        System.out.println();
        Graph graph2 = test2();

        //测试一把，我们的dfs遍历是否ok
        System.out.println("深度遍历");
        graph.dfs2(); // A->B->C->D->E [1->2->4->8->5->3->6->7]
        System.out.println();
        graph2.dfs2(); // A->B->C->D->E [1->2->4->8->5->3->6->7]
        System.out.println();
        System.out.println("广度优先!");
        graph.bfs(); // A->B->C->D-E [1->2->3->4->5->6->7->8]
        System.out.println();
        graph2.bfs(); // A->B->C->D-E [1->2->3->4->5->6->7->8]

    }

    /**
     * 测试一 创建图 并打印图
     */
    public static Graph test1() {
        //结点的个数
        int n = 5;
        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);

        // 顶点
        String[] vertexs = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        // 添加顶点
        for (String vertex : vertexs) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }

        //添加边
        //A-B A-C B-C B-D B-E
        graph.insertEdge(0, 1, 1); // A-B
        graph.insertEdge(0, 2, 1); // A-C
        graph.insertEdge(1, 2, 1); // B-C
        graph.insertEdge(1, 3, 1); // B-D
        graph.insertEdge(1, 4, 1); // B-E

        //显示邻结矩阵
        graph.showGraph();
        return graph;
    }

    /**
     * 测试二 创建图 并打印图
     */
    public static Graph test2() {
        //结点的个数
        int n = 8;
        //创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        // 顶点
        String[] vertexs = {"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
        // 添加顶点
        for (String vertex : vertexs) {
            graph.insertVertex(vertex);
        }

        //更新边的关系
        graph.insertEdge(0, 1, 1);
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);
        graph.insertEdge(3, 7, 1);
        graph.insertEdge(4, 7, 1);
        graph.insertEdge(2, 5, 1);
        graph.insertEdge(2, 6, 1);
        graph.insertEdge(5, 6, 1);

        //显示一把邻结矩阵
        graph.showGraph();
        return graph;
    }


    private final ArrayList<String> vertexList; //存储顶点集合
    private final int[][] edges; //存储图对应的邻结矩阵
    private int numOfEdges; //表示边的数目

    /**
     * 构造函数
     *
     * @param n 节点个数
     */
    public Graph(int n) {
        // 初始化矩阵和vertexList
        edges = new int[n][n];
        // 存储顶点的集合
        vertexList = new ArrayList<>(n);
        // 默认0
        numOfEdges = 0;
    }

    /**
     * 插入结点
     *
     * @param vertex 节点
     */
    public void insertVertex(String vertex) {
        vertexList.add(vertex);
    }

    /**
     * 无向图添加边
     *
     * @param x      表示点的下标，即使第几个顶点  "A"-"B" "A"->0 "B"->1
     * @param y      第二个顶点对应的下标
     * @param weight 权值，表示是否直接相连， 一般情况下 1是 0否
     */
    public void insertEdge(int x, int y, int weight) {
        // 设置两个节点的关联关系，
        edges[x][y] = weight;
        edges[y][x] = weight;
        // 边的数目增加一条
        numOfEdges++;
    }


    //图中常用的方法

    /**
     * 返回结点的个数
     *
     * @return
     */
    public int getNumOfVertex() {
        return vertexList.size();
    }

    /**
     * 得到边的数目
     *
     * @return
     */
    public int getNumOfEdges() {
        return numOfEdges;
    }

    /**
     * 返回结点i(下标)对应的数据 0->"A" 1->"B" 2->"C"
     *
     * @param i 节点下标
     * @return
     */
    public String getValueByIndex(int i) {
        return vertexList.get(i);
    }

    /**
     * 返回x和y的权值
     *
     * @param x
     * @param y
     * @return
     */
    public int getWeight(int x, int y) {
        return edges[x][y];
    }

    /**
     * 显示图对应的矩阵
     */
    public void showGraph() {
        for (int[] link : edges) {
            System.err.println(Arrays.toString(link));
        }
    }


    /**
     * 对dfs 进行一个重载, 遍历我们所有的结点，并进行 dfs
     */
    public void dfs() {
        //定义给数组boolean[], 记录某个结点是否被访问
        boolean[] isVisited = new boolean[getNumOfVertex()];
        //遍历所有的结点，进行dfs[回溯]
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    public void dfs2() {
        //定义给数组boolean[], 记录某个结点是否被访问
        boolean[] isVisited = new boolean[getNumOfVertex()];
        for (int row = 0; row < isVisited.length; row++) {
            dfs2(isVisited, row);
        }
    }

    /**
     * 深度优先遍历算法
     *
     * @param isVisited 是否访问过
     * @param row       row 顶点下标 第一次就是 0
     */
    private void dfs(boolean[] isVisited, int row) {
        //首先我们访问该结点,输出
        System.out.print(getValueByIndex(row) + "->");
        //将该结点设置为已经访问
        isVisited[row] = true;

        //1查找该结点i的第一个邻接结点w
        //2如果存在第一个邻接节点，判断是否被访问过
        //3如果第一个邻接节点没有被访问过，就在递归调用获取第一个邻接节点的邻接节点，然后重复2 3，
        //4如果第一个邻接节点被访问过，就找第二个邻居节点，然后重复2 3
        //5直到没有邻居节点为止
        int w = getNeighbor(row, 0);
        while (w != -1) {
            // 没访问过 则递归往下找
            if (!isVisited[w]) {
                dfs(isVisited, w);
            }
            //如果w结点已经被访问过，从w节点的下一个节点开始找
            w = getNeighbor(row, w + 1);
        }
    }

    private void dfs2(boolean[] isVisited, int row) {
        if (!isVisited[row]) {
            //首先我们访问该结点,输出
            System.out.print(getValueByIndex(row) + "->");
            isVisited[row] = true;

            int neighbor = getNeighbor(row, 0);
            while (neighbor != -1) {
                dfs2(isVisited, neighbor);
                neighbor = getNeighbor(row, neighbor + 1);
            }
        }
    }


    /**
     * 遍历所有的结点，进行广度优先搜索
     */
    public void bfs() {
        //定义给数组boolean[], 记录某个结点是否被访问
        boolean[] isVisited = new boolean[vertexList.size()];
        for (int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++) {
            if (!isVisited[i]) {
                bfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    /**
     * 对一个结点进行广度优先遍历的方法
     *
     * @param isVisited 是否被找到过
     * @param i         当前节点下标
     */
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i) {

        //访问结点，输出结点信息
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "=>");
        //标记为已访问
        isVisited[i] = true;

        //队列，记录结点访问的顺序
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
        //将结点加入队列
        queue.addLast(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            //取出队列的头结点下标
            int u = queue.removeFirst();
            //得到第一个邻接结点的下标 w
            int w = getNeighbor(u, 0);
            while (w != -1) {//找到
                //没访问过
                if (!isVisited[w]) {
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
                    //标记已经访问
                    isVisited[w] = true;

                    //入队
                    queue.addLast(w);
                }
                //以u为前驱点，找w后面的u的另一个邻结点
                w = getNeighbor(u, w + 1); //体现出我们的广度优先
            }
        }
    }

    // 从指定位置（含）开始找往后找row的首个邻居节点，
    private int getNeighbor(int row, int start) {
        for (int j = start; j < vertexList.size(); j++) {
            if (edges[row][j] > 0) {
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }


}
